Асноўныя моманты
● Рэалогія бінарных сумесяў павярхоўна-актыўных рэчываў без сульфатаў характарызуецца эксперыментальна.
● Сістэматычна даследуецца ўплыў pH, складу і канцэнтрацыі іонаў.
● Суадносіны мас CAPB:SMCT павярхоўна-актыўных рэчываў 1:0,5 стварае максімальную глейкасць пры зруху.
● Для дасягнення максімальнай глейкасці пры зруху патрабуецца значная канцэнтрацыя солі.
● Даўжыня міцэлярнага контуру, атрыманая з дапамогай DWS, моцна карэлюе са зруховай глейкасцю.
Рэзюмэ
У пошуках платформаў павярхоўна-актыўных рэчываў наступнага пакалення без сульфатаў, бягучая праца прадстаўляе адно з першых сістэматычных рэалагічных даследаванняў водных сумесяў кокамідапрапіл бэтаіну (CAPB) і метылкакоілтаўрата натрыю (SMCT) з розным складам, pH і іённай сілай. Водныя растворы CAPB-SMCT (агульная канцэнтрацыя актыўнага павярхоўна-актыўнага рэчыва 8-12 мас.%) былі падрыхтаваны пры некалькіх масавых суадносінах павярхоўна-актыўных рэчываў, даведзены да pH 4,5 і 5,5 і тытраваны NaCl. Стацыянарныя і вагальныя вымярэнні зруху колькасна вызначалі макраскапічную зрухавую глейкасць, у той час як мікрарэалогія з дапамогай дыфузійна-хвалевай спектраскапіі (DWS) забяспечыла частатно вырашаныя модулі глейкапругкасці і характэрныя шкалы даўжыні міцэляраў. У безсалявых умовах прэпараты прадэманстравалі ньютанаўскую рэалогію з максімальнай зрухавай глейкасцю пры масавым суадносінах CAPB:SMCT 1:0,5, што сведчыць аб палепшаным звязванні катыённых і аніённых галаўных груп. Зніжэнне pH з 5,5 да 4,5 надавала CAPB большы чысты станоўчы зарад, тым самым узмацняючы электрастатычную комплексонаўтварэнне з цалкам аніённым SMCT і ствараючы больш трывалыя міцэлярныя сеткі. Сістэматычнае даданне солі мадулявала адштурхванне паміж галаўнымі групамі, стымулюючы марфалагічную эвалюцыю ад дыскрэтных міцэл да выцягнутых чарвяпадобных агрэгатаў. Вязкасць пры нулявым зруху праяўляла выразныя максімумы пры крытычных суадносінах солі і павярхоўна-актыўнага рэчыва (Ron), што падкрэслівае складаны баланс паміж электрастатычным падвойным экранаваннем і міцэлярным падаўжэннем. Мікрарэалогія DWS пацвердзіла гэтыя макраскапічныя назіранні, выявіўшы выразныя максвелаўскія спектры пры Ron ≥ 1, што адпавядае механізмам разрыву-рэкамбінацыі, у якіх дамінуе рэптацыя. Прыкметна, што даўжыня заблытанасці і персістанцыі заставалася адносна нязменнай у залежнасці ад іоннай сілы, у той час як даўжыня контуру праяўляла моцную карэляцыю з глейкасцю пры нулявым зруху. Гэтыя высновы падкрэсліваюць важную ролю міцэлярнага падаўжэння і тэрмадынамічнай сінергіі ў рэгуляванні глейкапругкасці вадкасці, забяспечваючы аснову для распрацоўкі высокаэфектыўных павярхоўна-актыўных рэчываў без сульфатаў шляхам дакладнага кантролю шчыльнасці зарада, складу і іённых умоў.
Графічная анатацыя
Уводзіны
Водныя бінарныя павярхоўна-актыўныя сістэмы, якія змяшчаюць процілегла зараджаныя часціцы, шырока выкарыстоўваюцца ў розных прамысловых сектарах, у тым ліку ў касметыцы, фармацэўтыцы, аграхімічнай прамысловасці і харчовай прамысловасці. Шырокае распаўсюджванне гэтых сістэм у першую чаргу тлумачыцца іх выдатнымі міжфазнымі і рэалагічнымі функцыямі, якія дазваляюць павысіць прадукцыйнасць розных прэпаратаў. Сінергічная самаарганізацыя такіх павярхоўна-актыўных рэчываў у чарвяпадобныя, заблытаныя агрэгаты надае ім высока наладжвальныя макраскапічныя ўласцівасці, у тым ліку павышаную глейкапругкасць і зніжанае міжфазнае нацяжэнне. У прыватнасці, камбінацыі аніённых і цвітэрыённых павярхоўна-актыўных рэчываў дэманструюць сінергічнае паляпшэнне павярхоўнай актыўнасці, глейкасці і мадуляцыі міжфазнага нацяжэння. Гэтыя паводзіны ўзнікаюць з-за ўзмоцненых электрастатычных і стэрычных узаемадзеянняў паміж палярнымі галаўнымі групамі і гідрафобнымі хвастамі павярхоўна-актыўных рэчываў, у адрозненне ад сістэм з адным павярхоўна-актыўным рэчывам, дзе электрастатычныя сілы адштурхвання часта абмяжоўваюць аптымізацыю прадукцыйнасці.
Кокамідапрапілбетаін (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) — шырока выкарыстоўваны амфатэрны павярхоўна-актыўны рэчыў у касметычных прэпаратах дзякуючы яго мяккай ачышчальнай эфектыўнасці і ўласцівасцям кандыцыянавання валасоў. Цвітэрыённая прырода CAPB дазваляе ўтвараць электрастатычную сінергію з аніённымі павярхоўна-актыўнымі рэчывамі, павышаючы стабільнасць пены і спрыяючы паляпшэнню прадукцыйнасці прэпаратаў. За апошнія пяць дзесяцігоддзяў сумесі CAPB з павярхоўна-актыўнымі рэчывамі на аснове сульфатаў, такімі як CAPB-лаўрылэфірсульфат натрыю (SLES), сталі асновай сродкаў асабістай гігіены. Аднак, нягледзячы на эфектыўнасць павярхоўна-актыўных рэчываў на аснове сульфатаў, занепакоенасць з нагоды іх патэнцыялу раздражнення скуры і наяўнасці 1,4-дыяксану, пабочнага прадукту працэсу этоксилирования, выклікала цікавасць да альтэрнатыў без сульфатаў. Перспектыўнымі кандыдатамі з'яўляюцца павярхоўна-актыўныя рэчывы на аснове амінакіслот, такія як таўраты, сарказінаты і глутаматы, якія праяўляюць палепшаную біясумяшчальнасць і больш мяккія ўласцівасці [9]. Тым не менш, адносна вялікія палярныя галоўкі гэтых альтэрнатыў часта перашкаджаюць утварэнню моцна заблытаных міцэлярных структур, што патрабуе выкарыстання рэалагічных мадыфікатараў.
Метылкакоілтаўрат натрыю (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) — аніённы павярхоўна-актыўны рэчыва, сінтэзаваны ў выглядзе натрыевай солі шляхам аміднага злучэння N-метылтаўрыну (2-метыламінаэтансульфонавай кіслаты) з ланцугом тоўстых кіслот, атрыманых з какосавага арэха. SMCT мае амідную звязаную галоўную групу таўрыну разам з моцна аніённай сульфанатнай групай, што робіць яго біяраскладальным і сумяшчальным з pH скуры, што пазіцыянуе яго як перспектыўнага кандыдата для безсульфатных прэпаратаў. Таўратныя павярхоўна-актыўныя рэчывы характарызуюцца сваёй магутнай мыйнай здольнасцю, устойлівасцю да жорсткай вады, мяккасцю і шырокай стабільнасцю pH.
Рэалагічныя параметры, у тым ліку глейкасць зруху, модулі глейкасці і мяжа цякучасці, маюць вырашальнае значэнне для вызначэння стабільнасці, тэкстуры і прадукцыйнасці прадуктаў на аснове павярхоўна-актыўных рэчываў. Напрыклад, падвышаная глейкасць зруху можа палепшыць утрыманне субстрата, у той час як мяжа цякучасці вызначае счапленне прэпарата са скурай або валасамі пасля нанясення. Гэтыя макраскапічныя рэалагічныя атрыбуты мадулююцца шматлікімі фактарамі, у тым ліку канцэнтрацыяй павярхоўна-актыўных рэчываў, pH, тэмпературай і наяўнасцю сурастваральнікаў або дабавак. Процілегла зараджаныя павярхоўна-актыўныя рэчывы могуць зведваць розныя мікраструктурныя пераходы, пачынаючы ад сферычных міцэл і везікул і заканчваючы вадкакрышталічнымі фазамі, якія, у сваю чаргу, істотна ўплываюць на рэалогію аб'ёму. Сумесі амфатэрных і аніённых павярхоўна-актыўных рэчываў часта ўтвараюць выцягнутыя чарвяпадобныя міцэлы (WLM), якія значна паляпшаюць глейкапругкія ўласцівасці. Таму разуменне ўзаемасувязі паміж мікраструктурай і ўласцівасцямі мае вырашальнае значэнне для аптымізацыі прадукцыйнасці прадукту.
Шматлікія эксперыментальныя даследаванні даследавалі аналагічныя бінарныя сістэмы, такія як CAPB-SLES, каб высветліць мікраструктурную аснову іх уласцівасцей. Напрыклад, Мітрынава і інш. [13] карэлявалі памер міцэл (гідрадынамічны радыус) з глейкасцю раствора ў сумесях CAPB-SLES-сярэднеланцуговага ко-павярхоўна-актыўнага рэчыва з выкарыстаннем рэаметрыі і дынамічнага рассейвання святла (DLS). Механічная рэаметрыя дае ўяўленне аб мікраструктурнай эвалюцыі гэтых сумесяў і можа быць дапоўнена аптычнай мікрарэалогіяй з выкарыстаннем дыфузійнай хвалевай спектраскапіі (DWS), якая пашырае даступную частотную вобласць, фіксуючы кароткачасовую дынаміку, асабліва актуальную для працэсаў рэлаксацыі WLM. У мікрарэалогіі DWS сярэднеквадратычнае зрушэнне ўбудаваных калоідных зондаў адсочваецца з цягам часу, што дазваляе здабываць лінейныя глейкапругкія модулі навакольнага асяроддзя праз абагульненае суадносіны Стокса-Эйнштэйна. Гэты метад патрабуе толькі мінімальных аб'ёмаў узораў і таму з'яўляецца выгадным для вывучэння складаных вадкасцей з абмежаванай даступнасцю матэрыялаў, напрыклад, прэпаратаў на аснове бялку. Аналіз дадзеных < Δr²(t)> у шырокім частотным спектры палягчае ацэнку міцэлярных параметраў, такіх як памер сеткі, даўжыня заблытанасці, даўжыня персістанцыі і даўжыня контуру. Амін і інш. паказалі, што сумесі CAPB-SLES адпавядаюць прагнозам тэорыі Кейтса, паказваючы выяўленае павелічэнне глейкасці з даданнем солі да крытычнай канцэнтрацыі солі, пасля якой глейкасць рэзка падае — тыповая рэакцыя ў сістэмах WLM. Сюй і Амін выкарысталі механічную рэаметрыю і DWS для вывучэння сумесяў SLES-CAPB-CCB, выявіўшы максвелаўскі рэалагічны водгук, які сведчыць аб заблытаным утварэнні WLM, што было дадаткова пацверджана мікраструктурнымі параметрамі, атрыманымі з вымярэнняў DWS. Абапіраючыся на гэтыя метадалогіі, дадзенае даследаванне аб'ядноўвае механічную рэаметрыю і мікрарэалогію DWS, каб высветліць, як мікраструктурныя рэарганізацыі ўплываюць на паводзіны сумесяў CAPB-SMCT пры зруху.
У святле ўзрастаючага попыту на больш мяккія і больш экалагічна чыстыя ачышчальныя сродкі, даследаванне аніённых павярхоўна-актыўных рэчываў без сульфатаў набрала абароты, нягледзячы на праблемы з распрацоўкай рэцэптур. Розныя малекулярныя архітэктуры сістэм без сульфатаў часта прыводзяць да розных рэалагічных профіляў, што ўскладняе традыцыйныя стратэгіі павышэння глейкасці, такія як загушчэнне соллю або палімерамі. Напрыклад, Ёрк і інш. даследавалі альтэрнатывы без сульфатаў, сістэматычна даследуючы пенаўтварэнне і рэалагічныя ўласцівасці бінарных і трайных сумесяў павярхоўна-актыўных рэчываў, якія змяшчаюць алкіл-алефінсульфанат (AOS), алкіл-поліглюказід (APG) і лаўрылгідраксісультаін. Суадносіны AOS-сультаін 1:1 паказалі разрэджванне пры зруху і характарыстыкі пены, падобныя да CAPB-SLES, што сведчыць аб утварэнні WLM. Раджпут і інш. [26] ацанілі іншае аніённае павярхоўна-актыўнае рэчыва без сульфатаў, какоілгліцынат натрыю (SCGLY), разам з неіённымі ко-павярхоўна-актыўнымі рэчывамі (кокамід-дыетаналамін і лаўрылглюказід) з дапамогай DLS, SANS і рэаметрыі. Нягледзячы на тое, што SCGLY сам па сабе ўтвараў пераважна сферычныя міцэлы, даданне сумеснага павярхоўна-актыўнага рэчыва дазволіла стварыць больш складаныя міцэлярныя марфалогіі, якія паддаюцца мадуляцыі ў залежнасці ад pH.
Нягледзячы на гэтыя дасягненні, адносна мала даследаванняў было накіравана на рэалагічныя ўласцівасці ўстойлівых бессульфатных сістэм, якія ўключаюць CAPB і таўраты. Гэта даследаванне мае на мэце запоўніць гэты прабел, прадаставіўшы адну з першых сістэматычных рэалагічных характарыстык бінарнай сістэмы CAPB-SMCT. Сістэматычна змяняючы склад павярхоўна-актыўных рэчываў, pH і іённую сілу, мы высвятляем фактары, якія рэгулююць глейкасць пры зруху і глейкапругкасць. Выкарыстоўваючы механічную рэаметрыю і мікрарэалогію DWS, мы колькасна ацэньваем мікраструктурныя перабудовы, якія ляжаць у аснове паводзін пры зруху сумесяў CAPB-SMCT. Гэтыя высновы тлумачаць узаемадзеянне паміж pH, суадносінамі CAPB-SMCT і іоннымі ўзроўнямі ў стымуляванні або інгібіранні ўтварэння WLM, тым самым прапаноўваючы практычныя веды аб адаптацыі рэалагічных профіляў устойлівых прадуктаў на аснове павярхоўна-актыўных рэчываў для розных прамысловых ужыванняў.
Час публікацыі: 05 жніўня 2025 г.